摘要：甲醛是室内空气中主要污染物质之一，由于其污染的广泛性和危害的严重性备受人们的关注。本文主要针对酚试剂分光光度法测定室内甲醛含量展开了研究，对酚试剂分光光度法的原理和方法、及操作流程进行介绍，并探讨了加标回收率、标准曲线特性及酚试剂测量室内空气甲醛浓度的不确定度数学模型分析，以期为测定室内空气中甲醛含量提供技术参考。
关键词：甲醛；检测；酚试剂分光光度法；不确定度
引言
甲醛是一种无色、具有强烈气味的刺激性气体，易溶于水，是一种原浆毒物，能与蛋白质结合，能严重刺激人体呼吸道、引起全身至敏并出现慢性中毒现象。我们居住环境里甲醛主要来源于混凝土外加剂，各类装修用水性涂料、人造木板及饰面人造木板、以及壁布帷幕等装饰材料。若室内中甲醛的含量超标，将对人类生命安全构成威胁。因此，对室内环境空气中甲醛含量的检测和控制显得尤为重要。
目前民用建筑工程室内环境污染物检测甲醛的方法为《公共场所空气中甲醛测定方法》GB/T18204.26其中酚试剂分光光度法。现对酚试剂分光光度法测定室内甲醛的方法进行介绍。
1 酚试剂分光光度法的主要原理和方法分析
酚试剂，又被称作MBTH。在采集样品之前先配制好酚试剂吸收液。用大气采样器对目标建筑物室内检测点进行样品采集。室内空气中的甲醛与酚试剂反应生成嗪，嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化形成蓝绿色化合物，根据颜色深浅，比色定量。
图1 MBTH法的基本显色原理
酚试剂分光光度法其优势在于检测过程中，操作简便，检测的灵敏度较高。但其缺点是对酚试剂的选择要求较高，市面上很多酚试剂的稳定性不好，在储存期间或者试验时容易分解，对试验结果造成很大影响。而且酚试剂还容易受到湿度和温度等因数影响。
2 酚试剂分光光度法检测的主要流程
2.1 选择合理的试剂和仪器
在检测过程中，需要选择合理的试剂和仪器，以保证检测工作能够顺利进行。在选择仪器时，通常选择的是可见分光光度计（此次试验采用上海精科723N型可见分光光度计）。此外，选择合适酚试剂尤为重要，实验室条件允许尽量采用进口酚试剂如美国、德国产的。实验室用水要求通过实验室内部的电导率、pH等测试合格的蒸馏水。
在配制溶液过程中，需要严格按照规范进行，从而保证选取的试剂具有科学性和合理性。①对于吸收溶液，在配制吸收溶液时，先称取0.10g的酚试剂，然后将称取的酚试剂加入到水中，当酚试剂溶解后，将溶液倒入100mL具塞量筒中，此溶液为吸收原液，在冰箱中可保存3d。②在配置吸溶液时，检测人员需要量取吸收原液，所量取的剂量是5mL，再将95mL的水加入到其中，此为吸收液。③配制1%的硫酸铁胺溶液。在配制该溶液过程中，检测人员要称取1.0g的硫酸铁铵溶液，然后量取0.1摩尔每升的盐酸溶液，使得硫酸铁胺溶液能够被溶解，将其稀释成为100mL。④甲醛标准贮备溶液的配制。在配制溶液时，要量取2.8mL浓度为36～38%的甲醛溶液，将溶液倒入1L的容量瓶内，然后加入水，使其达到相应的刻度。对于1mL的甲醛标准贮备溶液，其相当于1mg的甲醛，溶液的正确浓度应当采用碘量法来标定。⑤甲醛标准溶液的配制。通常情况下，在临用甲醛标准溶液时，需要用水将甲醛标准贮备溶液稀释成每1.00mL溶液含有1.00mg的甲醛溶液，立刻量取10mL的该溶液，将其放入到100mL的容量瓶中，再放入5mL的吸收原液，通过采取用水定容的方法，确保溶液为100mL。对于该溶液而言，1.00mL的该溶液含有1mg甲醛，当将溶液放置30min以后，用来配置标准色列管，甲醛标准溶液稳定时间能够达到24h。
2.2 采集样品
甲醛吸收液现配现用。用大气采样器进行样品采集，选取合适容量的大气泡吸收管，装5mL的酚试剂吸收液。采样速度为0.5L/min采集20min，检测人员要记录检测时的大气压力和温度，样品采集后24h内完成分析。
2.3 绘制标准的曲线
在运用酚试剂分光光度法检测室内甲醛过程中，需要准备9支容量为10mL的具塞比色管，检测人员应当严格按照表1中的制备标准系列进行配制。在9支试管中都加入1%的硫酸铁胺溶液，将溶液予以摇至均匀，将其放置15min，15min以后测量溶液的吸光度。在绘制标准的曲线期间，横坐标代表的是甲醛含量，纵坐标代表的是吸光度，然后结合图像计算回归线的斜率。
表1
在运用酚试剂分光光度法检测室内空气中甲醛浓度时，由于在配置药剂时存在误差，要采用标准甲醛溶液与药剂配合使用，进而绘制规范的甲醛标准曲线，能够实现校准所配制的药剂。在检测时，将分光光度计波长设定为630nm，保证检测时温度在20.0℃±2，湿度不超过75%的条件下进行试验。实验室没有温湿度控制设备，如气温较低时可以适当延长显色时间，使其显色反应进行完全。
3 酚试剂分光光度法在室内甲醛检测中的分析
3.1 加标回收率的实验
准备两份已知浓度为0.50μg/ml和1.00μg/ml的甲醛样品。分别将0.30μg和0.5μg以及1.00μg的甲醛溶液加入其中，对含量进行测定，并计算回收率。通过实验和计算，可以计算出两组加标水平的甲醛回收率如表2所示，由此可以看出，回收率在95～105%范围内，在加标水平下，甲醛的回收率在96～99%之间。
表2
3.2 标准曲线对高浓度样品试验的偏差实验
由于吸光光度法工作原理是基于不同物质对不同波长的光波具有选择性吸收的能力而建立起来的分析方法。根据研究实验发现，物质溶液在吸收分光光度计中发射出的特征波长后，经过检测器对光信号处理后得到的吸光度与其物质溶液的浓度存在一定的关系：
A=Kbc
式中：
A：吸光度
b：比色皿长度
c：溶液浓度
K：常数
当入射光波长、吸光溶液的性质和温度一定时，A与b、c成正比。
所以，我们利用特定波长的单色光（通常用最大吸收波长的入射光）照射不同浓度的某一溶液时，所得的吸光度大小应与溶液浓度呈线性关系，故可利用该线性关系通过计算或查标准曲线来求得未知溶液的浓度。
根据朗伯-比尔定律和和色谱检测原理，随着浓度的增加响应值也会随之增加，是一种正向相关，而且无论浓度增加为多大，所产生的响应值都不会低于浓度比其低产生的响应值。所以，响应曲线应该是单调的、与浓度呈正相关的、无拐点的一条曲线。由此可以得出相关曲线的两种基本形态。
凹型 凸型
在我们日常的实验分析中，由于检测器的限制，实际上得到的相应曲线，只能是“凸型”的，下面只讨论这种形态的相应曲线。这种凸型曲线，用数学表述的特点是，一阶导数大于0，二阶导数小于0。对于这点的感性理解就是，凸型曲线的代表的函数是增函数，斜率在初始点最大之后依次递减，直到斜率无限接近0。
根据规范甲醛标准曲线制备系列要求，采用甲醛标准溶液（浓度为100㎎/L）配制三条甲醛标准曲线，由得出的标准曲线可以看出，在甲醛样品浓度为0.00㎎/L～2.00㎎/L这个范围里，浓度值和吸光度呈现一一对应的线性关系。在这个区间内，任意一个浓度值，都可以得出一个与之对应的吸光度。正因为浓度与吸光度呈线性关系，我们可以从分光光度计测出样品的吸光度来换算样品的浓度。（甲醛标准曲线配制系列见表1）
经盲样（甲醛标准样品编号：204518；标定值：1.72㎎/L；不确定度为：0.13及甲醛标准样品编号：204522；标定值：0.715㎎/L；不确定度为：0.041）测试后，三条甲醛标准曲线均满足甲醛浓度检测试验分析要求。其曲线分别为：
甲醛1#曲线:y=0.3756x+0.1323；R2=0.9997
甲醛2#曲线:y=0.3923x+0.0144；R2=0.9998
甲醛3#曲线:y=0.3667x+0.0151；R2=0.9996
准备三个已知浓度为3.00㎎/L、5㎎/L、10㎎/L的样品。用分光光度计进行吸光度的检测，代入上述甲醛标准曲线得出对应的浓度值，结果见表3
表3
甲醛2#标准曲线：
表5
式中：
C 空气中的甲醛浓度㎎/m?
m 样品中得甲醛质量μg
标准状态下的采样体积 L
由公式分析可知室内环境空气中的甲醛含量的不确定度主要来自于采样过程中甲醛含量的分析。其中标准采样体积不确定度包括：采样体积的准确性和重复性。采样试验过程时的温度、压力。样品中甲醛含量的分析不确定度来源于标准样品、标准曲线的制作、仪器示值、样品稀释等引入的不确定度。
当我们对酚试剂分光光度法测定室内环境甲醛浓度试验进行不确定度评定时，准确性和重复性、温度、压力、样品稀释可以根据不确定度A类评定中的贝塞尔法，在重复性条件下对被测量X作n（n≥10）次独立重复试验，得到单次测量的不确定度。将得到的单次实验标准差s（xk）计算其n次独立测量结果的平均值实验标准差作为其测量结果的最佳估计值。但当测量次数较少时，对于计算标准偏差，使用极差法会比贝塞尔法更合适。
而实验仪器最大偏差、标准样品、标准曲线的制作、仪器示值、样品稀释等引入的不确定度可以根据不确定度B类评定。信息来源于检定证书或校准证书，其他资料或手册。根据证书或者资料上得到的扩展不确定度Up及对应的置信概率p计算相对应的标准不确定度。根据国家计量技术规范JJF1059-1999指出，若证书未指出被测量分布，一般被测量X的分布为正态分布。但正态分布置信概率p对应的包含因子kp值最大，因此得到的标准不确定度最小。所以，当遇到未知被测量分布时，选择包含因子kp值较小的分布，如矩形分布或三角分布比较合适。
最后通过叠加各个分量不确定度来合成不确定度，计算出自由度及该实验室此酚试剂分光光度法测定室内环境甲醛浓度试验的扩展不确定度。如要再考虑如电压、试验环境等因数引入的不确定度，可通过建立包含黑箱模型的数学模型来进行不确定度评定。
4 结束语
综上所述，为了酚试剂分光光度法测定室内甲醛浓度试验结果更稳定可靠，首先要控制好实验室的温湿度。温度过低或者湿度过大会对分光光度计里面的光路检测系统有所影响。在温度偏低时样品显色时间相对延长，让显色反应进行完全。对于高浓度样品宜进行稀释处理，不然的出数据将会偏低。做好试验过程记录，如温湿度、气压记录；试剂、药品配制记录等。当试验结果出现异常时可以逐一排查，也可以为试验的不确定度评定提供数据依据。
实践表明，酚试剂分光光度法测定室内环境空气甲醛含量具有稳定性好，结果可靠，操作简便等优点，能满足室内空气监测试验操作的要求。因此，酚试剂分光光度法应在检测行业中得到广泛的推广与应用，进而为实现人类美好的生存环境做出应有的贡献。
参考文献:
[1] 《民用建筑工程室内环境污染控制规范》[GB50325-2010(2013版)]
[2] 《公共场所空气中甲醛测定方法》（GB/T-18204.26）
[3] 《民用建筑工程室内环境污染控制技术规程》（DBJ 15-93-2013）
[4] 《实用测量不确定度评定》（第三版）倪育才
论文作者:黎兆聪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/21
标签：甲醛论文; 溶液论文; 试剂论文; 浓度论文; 不确定论文; 标准论文; 光度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;